RISC和CISC，究竟有何不同

加载/存储体系结构

机器代码指令必须对正在执行的信息进行编码，例如它是在执行ADD、SUB还是MUL。它还必须对输入的信息进行编码。输入寄存器和输出寄存器是什么。一些指令需要对要加载数据的地址进行编码。在RISC-V指令中是这样编码的:

上图显示了如何使用32位字中的每一位为RISC-V指令集编码一条指令

我们执行的特定指令称为操作码(上图黄色)，它消耗7位。我们指定的每个寄存器输入或输出都需要5位。从这里应该很清楚，挤入一个32位地址是不可能的。即使是一个较短的地址也是困难的，因为你需要位来指定在操作中使用的寄存器。对于CISC处理器，这不是一个问题，因为您可以自由地使用超过32位的指令。

这种紧凑的空间要求使得RISC处理器具有我们所说的加载/存储架构。只有专用的加载和存储指令，如RISC-V上的LW和SW，才能用于访问内存。

对于CISC处理器，如68k，几乎任何操作，如ADD、SUB、AND和OR，都可以使用内存地址作为操作数(参数)。在下面的例子中，4(A2)计算到一个内存地址，我们使用它来读取一个操作数(参数)到ADD指令。最终的结果也存储在那里(在68k上destination是右参数)。

; 68k assemblyADD.L D3, 4(A2) ; D3 + mem[4 + A2] → mem[4 + A2]

典型的RISC处理器(如基于RISC- v指令集的处理器)需要将加载(LW)和存储(SW)作为单独的指令进行存储。

# RISC-V assemblyLW x4, 4(x2) # x4 ← mem[x2+4]ADD x3, x4, x3 # x3 ← x4 + x3SW x3, 4(x2) # x3 → mem[x2+4]

你不需要通过结合地址寄存器(A0到A7)来计算地址。你可以直接指定一个内存地址，比如400:

; 68k assemblyADD.L 400, D4 ; mem[400] + D4 → D4

但即使是这样一个看似简单的操作也需要多个RISC指令。

# RISC-V assemblyLW x2, 400(x0) # x3 ← mem[x0 + 400]ADD x4, x4, x3 # x4 ← x4 + x3

在很多RISC设计中，x0寄存器总是0，这意味着即使你只对绝对内存地址感兴趣，你也可以始终使用偏移加基寄存器的形式。虽然这些偏移量看起来与您在68k上所做的非常相似，但它们的限制要大得多，因为您总是需要适合一个32位字。使用68k，可以给ADD.L一个完整的32位地址。你不能用RISC-V LW和SW。获得完整的32位地址是相当麻烦的。假设您希望从32位地址:0x00042012加载数据，则必须分别加载上面的20位和下面的12位，以形成一个32位地址。

# RISC-V assemblyLUI x3, 0x42 # x3[31:12] ← 0x42 put in upper 20-bitsADDI x3, x3, 0x12 # x3 ← x3 + x3 + 0x12LW x4, 0(x3) # x4 ← mem[x3+0]

实际上这可以简化为：LUI x3, 0x42 LW x4, 0x12(x3)

我记得当我从68k组装转到PowerPC(苹果以前使用的RISC处理器)时，这让我很恼火。当时我认为RISC意味着一切都将变得更容易。我发现x86很麻烦，很难处理。然而，对于汇编编码员来说，RISC不像68k那样方便地使用CISC指令集。幸运的是，有一些简单的技巧可以使这个过程在RISC处理器上变得更容易。RISC-V定义了一些伪指令，以简化汇编代码的编写。使用LA (load address)伪指令，我们可以像这样编写前面的代码:

# RISC-V assembly with pseudo instructionsLI x3, 0x00042012 # Expands to a LUI and ADDILW x4, 0(x3)

RISC处理器有很多寄存器

使用像68k这样的高级CISC处理器，您可以用一条指令做很多事情。假设您想将数字从一个数组复制到另一个数组。下面是一个使用指针的C语言例子:

// C codeint data[4] = {4, 8, 1, 2, -1};int *src = data;while (*xs > 0)*dst++ = *src++;

如果你在68k处理器上将指针src存储在地址寄存器A0中，将指针dst存储在地址寄存器A1中，你可以在一条指令中复制并向前移动每个指针4个字节:

; 68k assemblyMOVE.L (A0)+,(A1)+ ; mem[A1++] → mem[A2++]

这只是一个例子，但是一般来说，您可以使用CISC指令做更多的事情。这意味着您需要更少的代码。因此，RISC设计者意识到他们的代码会变得臃肿。因此，RISC的设计者们分析了真实的代码，提出了一种方案，可以在不使用复杂指令的情况下减少代码的大小。他们发现很多代码只是用来加载和存储内存中的数据。通过添加大量寄存器，可以将临时结果保存在寄存器中，而无需将它们写入内存。这将减少需要执行的加载和存储指令的数量，从而减少代码的RISC代码大小。